西班牙北部发现距今至少12000年前的旧石器时代晚期洞穴遗迹——阿尔塔米拉洞，这是是第一个被发现有史前人类壁画的洞穴遗迹，岩壁上留下了许多栩栩如生的已灭绝生物的精美壁画。
阿尔塔米拉洞窟发现者Marcelino Sanz de Sautuola 与 María de Sautuola
阿尔塔米拉洞被发现于西班牙北部坎塔布里亚自治区首府桑坦德市西方30公里处的桑蒂利亚纳戴尔马尔小镇。整个洞穴长达300公尺、高度2到6公尺，源自雨水或地下水对可溶性岩石作用下产生的特殊地貌，导致内部蜿蜒扭曲，在洞穴的壁画上出现了已灭绝的生物。
洞穴内的野牛壁画
1879年，业余考古学家马塞利诺 桑斯 德 桑图奥拉与他的8岁女儿发现这个洞穴中的壁画，后来他与马德里大学考古学家胡安 比拉诺瓦 彼拉一同挖掘，在1880年对外公布这个发现，并表示壁画属于旧石器时代。
阿尔塔米拉洞窟
这个重大的发现被加布里埃尔 德 莫尔蒂耶等几名法国学者强烈否定，认为壁画的品质与保存状态好得令人难以置信，无法相信史前人类有办法创作如此精良的作画，指控壁画是由桑图奥拉伪造的。
阿尔塔米拉洞窟壁画
随着不断发现其他史前壁画与研究，证实阿尔塔米拉壁画是真正的史前遗迹，改变对史前人类的既定印象，桑图奥拉的发现终于在1902年得到学术界的认可，但他早在1888年时就已经离世。
1902年到1904年，阿尔塔米拉洞后续的挖掘工作，由西班牙史前历史学家埃米利奥 阿尔卡尔德 德尔 里奥进行；1924年到1925年由德国史前历史学家兼人类学家雨果 奥伯迈尔进行；最后在1981年由西班牙考古学家华金 冈萨雷斯 埃切加赖进行，阿尔塔米拉洞的洞穴壁画于1985年列入联合国教科文组织的世界遗产中。
阿尔塔米拉洞窟出土的颜料研磨板
阿尔塔米拉洞穴中的壁画来自公元前18500年的“梭鲁特文化”与公元前16500年到公元前14000年的“马格德林文化”等两种旧石器时代文化。2008年时，研究人员以铀钍定年法发现洞穴壁画的创作时间长达20000年的光阴，2012发现其中甚至有长达35600的创作。
阿尔塔米拉洞窟壁画《受伤的野牛》
洞穴内部应该是野生动物的栖息地，虽然整个洞穴都能看见壁画，但人类仅居住在洞穴入口的区域。壁画是以赤铁矿、木炭等材料绘画，透过颜料的稀释表现颜色深浅的变化与明暗的对比，同时利用岩壁上的天然轮廓表现立体的视觉效果，当中能看见马、鹿、野猪等生物，以及已灭绝的西伯利亚野牛。
西班牙北部也有许多拥有旧石器时代艺术的洞穴遗迹，但并没有与阿尔塔米拉洞同样丰富的遗迹保留下来，可能是在13000年前，因为落石坍塌封闭了入口，使阿尔塔米拉洞穴幸运地保存至今。
60年代到70年代，阿尔塔米拉洞的壁画因大量游客伴随的二氧化碳出现损坏，公元1977年完全对外关闭。到了1982年以限制少量游客进入的方式开放，从预约到进入要等待3年的时间。2002年洞穴曾经一度又关闭，在2014年1月重新有限度地开放。
阿尔塔米拉洞窟出土的古代色料
2001年时，西班牙著名艺术家曼努埃尔 弗朗克罗与同伴在洞穴附近打造出一个复制品与博物馆，重现出洞穴与当中的艺术。另外马德里的西班牙国立考古博物馆、德国慕尼黑的德意志博物馆等机构也拥有阿尔塔米拉洞穴的复制品。
阿尔塔米拉洞穴在2007年时成为西班牙12大宝藏之一。2016年由英国导演休 哈德森发行一部讲述发现阿尔塔米拉洞穴的电影《阿尔塔米拉》。洞穴中的野牛壁画成为一个标志性的图案，坎塔布里亚自治区政府以其设计出促进观光的形象，也被漫画、诗歌封面、品牌标志所使用。